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山西某大剧院看台屋面网架超高施工模架设计与分析

文档作者：吴海英1，郭昭胜2，雷宏刚2 文档来源： 1．山西大学土木工程系 2．太原理X-大学建筑与土木工程学院		点击数：	更新时间： 2025年11月13日
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24
施工技术
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2014年12月上
第43卷第23期
DOI：10．7672／s舀s2叭4230024
山西某大剧院看台屋面网架超高施工模架设计与分析
吴海英1，郭昭胜2，雷宏刚2
(1．山西大学土木工程系，山西太原030013；2．太原理X-大学建筑与土木工程学院，山西太原030024)
[摘要]以某大剧院看台屋面网架的超高施工模架为例，首先介绍了将超高施工模架简化为平面排架的计算模型，
分别就杆件强度、刚度及整体稳定性进行验算分析；其次，利用结构分析软件SAP2000建立r模架整体空间有限元
模型，对比了平面模架与空间模架两种计算模型之间的计算结果差异，分析了超高模板支撑体系的空问整体性能。
结果表明，平面排架计算模型的计算过程相对简单合理，且具有一定的安全储备。最后，强调了超高模架搭设施工
过程中应该注意的几项施工技术。
[关键词]模架；平面排架；有限元分析；施工技术
[中图分类号]TU755．2 [文献标识码]A [文章编号]1002—8498(2014)23-0024—05
Design and Analysis of Ultra High Formwork Support for Grandstand
Roof Truss of Some Grand Theater in Shanxi
Wu Haiyin91，Guo Zhaoshen92，Lei Honggan92
(1．Department ofCivil Engineering，Shanxi University，Taiyuan，Shanxi 030013，China；2．College ofArchitecture
and Civil Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China)
Abstract：Taking the construction formwork support of big theater grandstand roof truss as an example，
firstly，this paper introduces the theoretical calculation model of ultra high construction formwork support
which is simplified the plane flame，checks and analyzes the member strength，stiffness，stability．
Secondly，this paper sets up the space finite element model of plane flame by the structural analysis
software SAP2000，compares the calculation results between the plane formwork and the space formwork，
and analyzes the overall performance of space of the ultra high formwork support system．The results show
that the calculation method of the plane formwork is relatively simple，reasonable and safe．Finally，this
paper emphasizes several construction technologies which should be paid attention to in the construction
process of ultra high formwork support．
Key words：formwork support；plane frame；finite element analysis；construction
当线荷载≥20kN／m，面荷载≥15kN／m2，模板
支架高度≥8m，满足其中一条者称为超高模支
架⋯，对于超高模支架，住房和城乡建设部的规定
是“危险性较大的分项工程”，必须进行々项施工方
案设计，单独制订施工方案，施工方案必须建立在
结构安全计算基础上旧1。
1工程概况
山西某大剧院主体结构采用钢筋混凝土框架
结构，主体形式为框架结构，地上3层，局部地下1
层。采用柱下钢筋混凝土条形基础，局部地下室部
分采用条形基础、独立基础+防水板。看台及舞台
[作者简介]吴海英，讲师，硕士，E-mail：why2004．08@163．eom
[收稿日期】2014-08-06
屋顶采用焊接球节点正放四角锥网架。结构剖面
如图l所示。其中看台网架为正交正放四角锥平板
网架，平面尺寸为30．0m×30．9m，网架下弦球节点
中心标高16．750m，网架上弦球节点中心标高
19．755m，网架高3．0m。在进行看台网架施工时，
因施工场地狭小，大型起吊设备难以靠近，无法采
用整体吊装法、整体提升法及整体顶升法等方法，
故最终确定采用高空散装法，为实现高空散装法施
工，必须在网架下方搭设拼装操作平台，经各方研
究讨论，最终决定采用搭设超高施工模架的方案。
现场采用扣件式脚手架搭设超高施工模架，根
据现场场地尺寸，并考虑让开天桥马道的空间，确
定超高施工模架的空间尺寸为：长L=30．0m，宽
B=29．0m，高H=16．2m。
万方数据
吴海英等：山西某大剧院看台屋面网架超高施j【模架设计与分析25
舞台嘲架
图1 主体结构剖面示意
Fig．1 Profile of the main structure
2 扣件式脚手架搭设超高支模架设计计算
2．1 计算简图确定及荷载计算
钢管扣件搭设的模板支架，由多根通长的立
柱，n步纵、横向水平支撑，纵、横向扫地杆和多道
纵、横向抗侧力剪刀撑组成，杆件之间采用扣件连
接，扣件连接主要传递轴力，在传力时还有偏心距
e=53ram。鉴于扣件连接承载力矩有限，具有半刚
性，故杆件之问的连接点不能按刚节点计算，宜按
铰接点考虑。模架的立柱、纵横向水平杆及交叉支
撑杆采用的钢管材质均为Q235A，实际规格为
咖48×2．75，面积A=390．9ram2，截面惯性矩，=
100 430mm4，材料弹性模量E=206 x 103N／mm2。
模架杆件平面布置方案如图2所示，横向立面
及纵向立面布置如图3所示，按本方案搭设好的模
架实际上形成了空间桁架，为简化计算，本文空间
模架按平面排架考虑，进行承载力计算分析。按此
方法，模架可组成纵向平面排架稳定的结构计算简
图和横向平面排架稳定的计算简图。
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图2模架平面布置
Fig．2 Plan layout of formwork support
根据构造要求，模板支承在次楞上，次楞支承
在主楞上，主楞通过扣件将荷载传递给立柱，其构
造平面如图4所示。次楞承受模板传来的均布荷
载，主楞承受由次楞传来的集中力，主、次楞均按两
跨连续梁计算。计算简图如图5所示。
模板上的计算荷载G=Σg。。y。+Q。y。=
横向水甲杆
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纵向水平杆
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b纵向
图3横向与纵向平面模架计算简图
Fig．3 Calculation diagram of the transverse and
longitudinal plane formwork support
I楞(纵向水、F轩)
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图4模架结构平面
Fig．4 Plan of formwork support structure
a次楞计算简图
Rli RlI R
撑
R
b主楞计算简图
图5主、次楞计算简图
Fig．5 Calculation diagram of major and minor bars
5．0kN／m2，永久荷载分项系数y。=1．2；可变荷载分
项系数y。=1．4。其包括引：①看台网架自重折算
万方数据
26 施工技术第43卷
荷载标准值g．。=0．5kN／m2；②支架上铺模板自重，
取g：。=0．75kN／m2；③施工荷载标准值Q。=
2．5kN／m2。
设立柱间距纵、横向均为￡。=L、=1．0m时，考
虑主、次楞连续性荷载系数时，则每个立柱上竖向
荷载Pi=7．5kN。
2．2 主、次楞承载力及挠度校核、立柱间距校核
已知L，=L、=1．0m，按上述荷载进行主、次楞
承载力校核，经计算知：主、次楞钢管截面正应力o-
分别为142．56MPa和75．8MPa，剪应力r分别为
11．0MPa和8．0MPa，挠度u分别为1．38mm和
0．63mm，均可满足相应的强度和刚度要求。
模板的主楞反力尺．是通过扣件传给立柱，令
单扣件承载力为Ⅳ：，等于主楞传给立柱的反力R。。
即N：，=kGl2，k为主、次楞连续性荷载系数，取1．5。
则立柱最大间距f=√篇=8．0而=
1．03m一1m，满足要求。
2．3 横、纵向平面模架刚度校核计算
当横、纵向平面模架按图3布置时，其水平支撑
和剪刀撑的抗侧刚度满足强支撑框架的支撑刚度
要求时，则立柱以无侧移模式失稳。4“。根据文献
[6]，依据式(1)计算强支撑要求的横、纵向水平支
撑刚度门槛值“。分别为1 1 967N／mm
和13 541 N／mm。
Kh11．：(0．4j2+0．6j)丁2,rrZEl (1)
根据式(2)计算强支撑要求的横、纵向交叉支
撑(剪刀撑)刚度门槛值K。．。分别为2 903N／mm
和3 082N／mm。
‰．：3n掣(2)
凡
式中：凡为立柱数(横向平面模架n=16，纵向平面
模架17,=17)，_『=／1一I；h为水平支撑间距，即步距
(mm)。
计算得水平支撑刚度和交叉支撑仅考虑斜杆
时的刚度分别为：
EA． Kh=竿=80 525．4N／mm
D
K。：—EAjd—b；；：20 614．5N／mm
“ fj
K。，K与上述刚度门槛值比较可知：水平支撑
的强支撑刚度K，，≥K。m，满足要求。交叉支撑的强
支撑刚度K。≥K叭，满足要求。
2．4横、纵向水平支撑的强度、稳定性计算
当立柱以无侧移模式失稳时，其在柱顶荷载作
用下的计算简图如图6所示
P==7 5kN
图6立柱计算简图
Fig．6 Calculating diagram of column
柱顶荷载：P，=7．5kN，偏心距e=53mm，偏心
弯矩M=Pie=0．398kN·m，当柱顶偏心弯矩在1根
立柱上作用时，在各水平支撑杆上产生的支座反力
如图6所示。
横、纵向支撑内力根据文献[6]按式(3)计算分
别为：0．227kN和0．241 kN。
‰_(0．6+等Y)P志 (3)
式中：n为被交叉支撑分隔在一边的立柱数；m为立
柱中部水平支撑的数量(去掉扫地杆和柱顶1道)。
当使用扣件传力时，将图6中的各支座反力尺。
与Fh叠加，得横、纵向水平支撑轴力F。。。计算结
果如表l所示。
表1支撑内力
Table 1 Internal force of support
支座
编号
ll 336．4
10 —426．7
9 114．3
8 —30．6
7 8．2
6 —2．2
5 0．59
4 —0．16
3 0．04
2 一O．OI
l 0．002
2．80
一3．30
l，03
一O．1 3
0．18
0．IO
0．12
O ll
0 1l
0 ll
O Il
2．98
—3．51
1．09
—0．14
0．19
0．I(J
0．13
O．12
O．12
O．12
0．12
由式F“。=Fh。+ΣR“计算最大横、纵向水平
i=1
支撑轴力为7．06kN和7．5kN，均<8kN(单扣件)，
满足文献[7]的扣件承载设计值。
向撵的加枞贼删眦州向撑的m 一交分柑 黻戏删徘Ⅲ 一交分水艄一～一 ㈣一～一
姚％ 艮州
M
M
M
M
M弘斟M
M
M
拼拼拼拼拼拼 M
万方数据
吴海英等：山西某大剧院看台屋面网架超高施一I：模架设计与分析27
按A=62．5，查表妒=0．808，则，≥=
妒n 6
志导熹-23．74MPaN。=
1．6kN，且因交叉支撑与立柱用扣件连接，同时
N。=1．6kN

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